光影大小自動調節器的設計與應用

李 杰，張錢潮，王虞燕，朱國鋒，呼格吉樂

（湖州師范學院 理學院物理實驗教學示范中心，浙江 湖州 313000）

光影大小自動調節器的設計與應用

李 杰，張錢潮，王虞燕，朱國鋒，呼格吉樂

（湖州師范學院 理學院物理實驗教學示范中心，浙江 湖州 313000）

文章設計的調節器通過合適的光源置于電控滑控軌之上，用電控開關控制光源在直線滑軌上的位置，操作電路板控制光源的照射位置，從而控制投影物的影子大小、清晰程度以及畫面效果。原有定點光源改為動光源，適合影子舞表演、移動燈光定點調節，減輕表演者的排練負擔，并且使得畫面效果更加精準，排除人為定點誤差和加快定點時間。

自動調節器；光源；排練；精準

1 投影背景及研究目的

影子舞，最早發源于中國，中國的皮影就是一種影子舞，國外比較知名的shadow舞團及一些媒體報道相關藝術形式起源的時候都會提到中國。不過中國傳統藝術的沒落和不被重視已經讓寶貴的藝術形式趨于弱勢，在國外反而做得風生水起。其通常是由藝術家透過光影，用肢體語言表達情感，使現場效果宛如黑白電影，是時尚而又返古的一種適合小型舞臺表演的舞蹈。通常表演場地必須具有的是一塊白幕，也可以使用現成的投影幕，通過設置不同類型的光源 通過演員肢體協作創造不同的奇幻造型，也可以適當借助道具。目前比較流行多媒體相結合 主要通過投影儀的光源創造影子與視頻互動的媒介形式。

本文的研究目的和意義在于既能在一定程度上減少演員的工作量，減少排練成本和物質損耗，又能達到事半功倍的作用。該裝置將大大減少排練時間和成本開銷，使更多的人選擇這種方式從而使得表演形式更加豐富和完美，達到兩全其美的目的。

2 功能簡介

光影自動調節裝置通過電控調節光源位置，從而得到最為理想的光影。它大大地減少和緩解了演員和工作人員的工作量和勞累程度。并且大大加強了演出效果，保證演出是每個畫面達到精準。整套裝置實現系統的自動化，可以人為控制不同時刻光源的位置，也可通過簡單的編程自動控制。與現有的人動光不動的形式相比，此項目達到了減少排練難度和時間，節省了大量的人力、物力、財力。

3 “智能窗”的主要結構

“智能窗”的主要結構，如圖1—2所示。

4 光影大小自動調節裝置的物理原理

4.1 光影的形成

影子舞表演道具作品“光影大小自動調節器”，在其實用性的基礎上，研究其產生的物理效果，研究其原理，探究其原理的實驗性，可行性。

作品的主要原理是由于物體遮住了光線。即光的直線傳播定律：光線在同種均勻介質中沿直線傳播，不能穿過不透明物體而形成較暗區域，形成的投影就是我們常說的影子。

一個物體可以投出不同形狀的影子。物體靠近光源時，影子較大，因為物體檔住了大量光線。當物體逐步遠離光源，影子也逐漸變小，因為物體檔住的光線減少。如果轉動物體，會得到不同形狀的影子。

4.2 光影的調節原理

影子的邊緣可能清晰，也可能模糊。當物體靠近影子投向的地方，如墻壁，邊緣就清晰可見。當物體遠離影子投向的地方時，邊緣就變得模糊。有時影子的中間部位比邊緣要暗，中間部位叫作本影，顏色較淺的區域叫作半影。當光源較大時，會出現這種影子。要使影子各部位同樣暗，光源必須要小。為了避免半影對本影的視覺干擾，光源必須調至恰當的位置，并且光源大小也應適當。

圖1 “智能窗”的實用模型

圖2 控制電路線路圖

4.3 二維燈光移動系統

通過二維控制器設置程序，命令十字滑臺工作，改變光源位置，從而在幕布上呈現出影子大小和位置的變化，達到表演的目的，精確為表演者快速找到最合適的點位，減少工作量。

5 “智能窗”的制作方法

（1）在安裝直線導軌之前必須清除機械安裝面的毛邊、污物及表面傷痕。

注意: 直線滑軌在正式安裝前均涂有防銹油，安裝前請用清洗油類將基準面洗凈后再安裝，通常將防銹油清除后，基準面較容易生銹，所以建議涂抹上黏度較低的主軸用潤滑油。

（2）將主軌輕輕安置在床臺上，使用側向固定螺絲或其他固定治具使線軌與側向安裝面輕輕貼合。將兩臺直線導軌組裝成兩維十字導軌滑臺。

（3）組裝連接控制器和驅動器:輸入信號共有三路，分別是：①步進脈沖信號CP+，CP-；②方向電平信號DIR+，DIR-；③脫機信號EN+，EN-。輸入信號接口有兩種接法：用戶可根據需要采用共陽極接法或共陰極接法。

注意：EN端可不接，EN有效時電機轉子處于自由狀態（脫機狀態），這時可以手動轉動電機轉軸，作適當調節。手動調節完成后，再將EN設為無效狀態，以繼續自動控制。

共陽極接法：分別將CP+，DIR+，EN+連接到控制系統的電源上，如果此電源是+5 V則可直接接入，如果此電源大于+5 V，則須外部另加限流電阻R，保證給驅動器內部光藕提供8～15 mA的驅動電流。脈沖輸入信號通過CP-接入，方向信號通過DIR-接入，使能信號通過EN-接入。

（4）焊接好電路。①預熱：參照其他電子作品的制作過程，預熱時，需要將烙鐵頭呈45度角，并且用力頂住焊盤和元件進行加熱；②上錫：上錫的時間大約需要維持2秒，上錫過程中需要將錫線從元件腳和烙鐵的接觸面處引入；在錫線受熱熔化的時候，要控制好進線的速度不能過快或過慢；③拿開錫線：持續約2秒的時間，將錫線拿開，同時將烙鐵頭放回到焊盤上；④拿開烙鐵：當觀察到焊錫冒出少量的煙霧的時候，便可以將烙鐵拿開了，最后錫會自己凝固并固定住線頭。

（5）把投影光源置于移動平臺上，用螺絲固定，反復調試。

6 “智能窗”的使用說明

（1）組裝好光影大小自動調節器，調試正常，擺放至正確方位；（2）將影子舞的編排調節要求編寫程序，將程序輸入至控制板內；（3）接通電源，打開燈光開關；并且設置控制板；（4）開始工作，在排練過程中隨時暫停，配合排練至達到表演要求。

7 相關拓展

此項目能實現系統的自動化，省時省力，是很有市場前景的。并且隨著科學技術的不斷進步，社會的不斷發展，人們對生活的要求也在日益提高，這對我國藝術的發展起到了極大的推動作用。自動化的科技產品在生活中不斷的普及也使得這款產品的發展有了較好的鋪墊，同時這款光影自動調節器組裝簡捷，使用簡單方便。相對現有的儀器中，效果很好，便于推廣。此款光影自動調節器旨在為解決影子舞演員在實際生活中所遇到的一些難題煩惱，因此具有一定現實意義，所以其社會效益是毋庸置疑的。

社會效益：現如今社會經濟水平迅速提高，人們已經不滿足于吃飽穿暖，娛樂也是必不可少的。影子舞是類似黑白電影的藝術。文中提到的光影大小自動調節器的設計與應用對社會具有一定的價值，整個運行過程是無污染、零排放的，滿足環保節能的要求，這也是當代社會研究和開發的主要方向之一。正由于該裝置是集環保和實用創新于一體的，從而項目具有一定的社會效益。本項目的研究方向能夠滿足人們對高生活品質的需要，同時對社會也有一定的貢獻。

[1]曹陽.淺述對影子舞的認識與感知[D].北京：北京舞蹈學院，2015.

[2]戶佩佩，朱振偉.步進電機和伺服電機在十字滑臺控制中的應用[J].輕工科技，2016（3）：53-54.

[3]張鵬.十字滑臺裝配測量技術[J].機械工程與自動化，2015（4）：217-218.

[4]董里楊.淺談步進電機的工作原理[J].科技信息，2007（8）：74.

Design and application of automatic light and shade size adjuster

Li Jie, Zhang Qianchao, Wang Yuyan, Zhu Guofeng, Hugejile
（Physics Experiment Teaching Demonstration Center of Science College of Huzhou University, Huzhou 313000, China）

Through the electric light source arranged in the right track on the design of sliding control regulation, control light source in the linear slide position with the electric control switch, and control light irradiation position with operation circuit board, so as to control the projection of the shadow of the size and clarity of picture. The original point source instead of moving the light source, is suitable for shadow dance, mobile light regulation, reducing the burden and making the performers rehearse, and the screen effect is more accurate,removing the artificial fixed-point error and speeding up the fixed time.

automatic regulator; light source; rehearsal; precision

國家級大學生創新創業訓練計劃項目（創新訓練項目）；項目編號：201610347008。項目名稱：浙江省新苗人才計劃大學生科技創新項目；項目編號：2016R427027。

李杰（1995— ），男，浙江杭州，本科。